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Optik: Blick hinter den Vorhang

Forscher sehen mit Licht in Materialien, die dafür eigentlich undurchlässig sind. Selbst vom Innenleben biologischer Gewebe gelingen immer klarere Bilder.
Lichtdurchlässige HandLaden...

Es schien zu gut, um wahr zu sein. Nur aus Neugier schoss Allard Mosk 2007 Laserlicht auf ein mit weißer Farbe bestrichenes Glasplättchen. Der Physiker von der niederländischen Universität Twente in Enschede und sein Student Ivo Vellekoop hatten den Strahl so eingestellt, dass sich seine einzelnen Wellen hinter der Glasbarriere zu einem Lichtfleck überlagern sollten. Dabei hatten sie keine bestimmte Anwendung im Sinn. "Ich wollte nur einmal ausprobieren, was noch niemand zuvor getan hatte", erzählt Mosk. Auf dem Schirm des Detektors erwarteten die beiden Forscher nicht viel mehr als einen blassen Lichtschimmer.

Doch es kam anders: Gleich beim ersten Versuch zeigte sich ein deutlicher Lichtpunkt – 100-mal heller, als die beiden erhofft hatten. "So etwas passiert nicht einfach zufällig am ersten Tag deines Experiments", kommentiert Mosk. "Wir dachten, uns wäre ein Fehler unterlaufen. Vielleicht war das Glasplättchen beschädigt, so dass Licht hindurchdringen konnte."

Es gab aber keine durchlässige Stelle. Stattdessen wurde ihr Versuch der erste, der einen vollkommen neuen Forschungsansatz demonstrierte: eigentlich lichtundurchlässige Materialien zu durchleuchten. Auch eine andere Arbeitsgruppe vollbrachte in jenem Jahr ein vergleichbares Kunststück. Heute hat es die Methode zwar noch immer nicht aus den Laboren herausgeschafft, doch die Wissenschaftler machen rasante Fortschritte. Selbst Aufnahmen durch dünnes Gewebe hindurch, wie etwa Mäuseohren, gelingen ihnen inzwischen. Nun geht es darum, auch dickere Schichten zu durchdringen. Das hätte zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten zur Folge: Aufnahmen aus dem Inneren des Körpers mit sichtbarem Licht könnten viele Biopsien und andere invasive Untersuchungen ersetzen. Und mit Hilfe von fokussiertem Laserlicht ließen sich auch Aneurysmen im Gehirn oder Tumoren behandeln, ohne zum Messer greifen zu müssen. ...

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  • Quelle

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Cassereau, D., Fink, M.: Time-Reversal of Ultrasonic Fields – Part III: Theory of the Closed Time-Reversal Cavity. In: IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 39, S. 579 - 592, 1992

Judkewitz, B. et al.: Speckle-Scale Focusing in the Diffusive Regime with Time Reversal of Variance-Encoded Light (TROVE). In: Nature Photonics 7, S. 300 - 305, 2013

Katz, O. et al.: Non-Invasive Single-Shot Imaging through Scattering Layers and around Corners via Speckle Correlations. In: Nature Photonics 8, S. 784 - 790, 2014

Liu, Y. et al.: Optical Focusing Deep inside Dynamic Scattering Media with Near-Infrared Time-Reversed Ultrasonically Encoded (TRUE) Light. In: Nature Communications 6, 5904, 2015

Vellekoop, I. M., Mosk, A. P.: Universal Optimal Transmission of Light Through Disordered Materials. In: Physical Review Letters 101, 120601, 2008

Yaqoob, Z. et al.: Optical Phase Conjugation for Turbidity Suppression in Biological Samples. In: Nature Photonics 2, S. 110 - 115, 2008

Merali, Z.: Optics: Super vision In: Nature 518, S. 158 - 160, 2015